«Los cortocircuitos son uno de los problemas más comunes en el ámbito eléctrico. Desde hogares hasta instalaciones industriales, nadie está exento de sufrirlos. En este artículo, profundizaremos en el estudio y análisis de los cortocircuitos, su origen, consecuencias y cómo evitarlos. ¡Descubre cómo mantener tus instalaciones a salvo y prevenir costosos daños eléctricos!»
Un estudio de cortocircuito es una evaluación de la capacidad de un sistema eléctrico para determinar la magnitud de las corrientes que pueden fluir a través de la red eléctrica y los equipos eléctricos durante una falla eléctrica.
Los estudios de cortocircuito se llevan a cabo exhaustivamente con cuidadosas consideraciones de diseño para mantener un nivel muy alto de continuidad del servicio, así como para garantizar que el sistema funcionará según lo diseñado. Pero en la misma complejidad a pesar de todos los esfuerzos, no podemos eliminar las situaciones o condiciones inevitables que resultan en un cortocircuito. Por lo tanto, el análisis de cortocircuitos de cualquier sistema de potencia es importante.
Básicamente, podemos definir un estudio de cortocircuito como el análisis o evaluación de un sistema de energía eléctrica para determinar la magnitud de las corrientes que pueden fluir durante una falla eléctrica y esos valores se pueden comparar con las clasificaciones de los equipos instalados y los dispositivos de protección contra cortocircuitos. .
Se trata de actividades relacionadas con consideraciones de diseño para nuevos sistemas, estudios analíticos para sistemas existentes y también aborda consideraciones operativas y de validación de modelos para sistemas de energía industriales y comerciales. Existe algún software popular disponible en la industria para estudiar el estudio y análisis de fallas de cortocircuito, como ETAP, DigSilent, SKM, EasyPower, etc.
Definición de Cortocircuito según IEC
La definición de cortocircuito en sí misma, según la norma IEC 60909, es un camino conductor accidental o intencional entre dos o más partes conductoras (por ejemplo, un cortocircuito trifásico) que obliga a que las diferencias de potencial eléctrico entre estas partes conductoras sean iguales o cercanas a cero.
Cuando dos nodos de un circuito eléctrico que tienen diferentes voltajes se tocan, se produce una falla de cortocircuito.
Causas generales de cortocircuito
- Aislamiento de cables defectuoso: el aislamiento de los cables se deteriora y se desgasta con el tiempo, lo que hace que los cables metálicos y los cables de cobre queden expuestos.
- Altos niveles de temperatura debido a sobrecorriente o sobrecarga
- Conexión de contacto directo con conductores activos
- Las conexiones eléctricas sueltas pueden aumentar la probabilidad de que los contactos metálicos entren en contacto entre sí.
- Arco provocado por condensación junto con el aire, especialmente en aisladores.
- Liberación de energía eléctrica por exceso de tensión.
- Exceso de temperatura por sobrecorriente o sobrecarga
Un estado de falla o cortocircuito se puede distinguir generalmente por un aumento repentino y significativo de la corriente. El sistema está sujeto a alta corriente y altos niveles de estrés debido a esta alta corriente. Por lo general, son los sistemas de transmisión de servicios públicos, los generadores y los motores síncronos y de inducción los que suministran la corriente de cortocircuito.
Hay dos tipos de Cortocircuitos que son:
- Cortocircuito simétrico: por lo general, ocurre en los tres conductores con corrientes cortas simultáneamente. Los eventos de cortocircuito trifásico comprenden solo el 5% del total de eventos de cortocircuito. Los eventos de cortocircuito de tipo simétrico ocurren solo para sistemas trifásicos con o sin tierra.
- Cortocircuito asimétrico: este tipo de cortocircuito se produce tanto en sistemas monofásicos como trifásicos. Este tipo de cortocircuito ocurre entre conductores de corriente con o sin tierra. Los cortocircuitos asimétricos se pueden dividir en tipos como:
- Falla de línea a línea — Cualquiera de las dos fases en cortocircuito sin conexión a tierra
- Falla de línea doble a tierra — Cualquiera de las dos fases conectadas a tierra.
- Falla de línea única a tierra: una fase está en cortocircuito a tierra.
¿Por qué es importante el estudio de cortocircuitos?
No es posible prevenir por completo el cortocircuito, sin embargo, podemos intentar reducirlo. El estudio de cortocircuito es una herramienta muy importante para el diseño de sistemas eléctricos. Si el diseño del equipo se ajusta al estudio de cortocircuito, entonces la posibilidad de un cortocircuito se vuelve pequeña.
El sistema eléctrico tiene diseño según el estudio de cortocircuito. En caso de cortocircuito, el sistema de protección aísla la sección defectuosa. Y así un resto de sistema eléctrico queda operativo.
Razones para realizar estudios de cortocircuito
- La capacidad de cortocircuito de la red existente cambia con la instalación adicional de equipos eléctricos. Generalmente, la capacidad de corriente de falla de la red eléctrica aumenta con la instalación adicional. En este escenario, el estudio de cortocircuito verifica la adecuación de los equipos de interrupción existentes. Ayuda al diseñador a tomar la capacidad de interrupción adecuada del equipo en el diseño.
- El estudio de cortocircuito es útil para determinar la configuración del dispositivo de protección del sistema. El transformador de corriente de los dispositivos de protección debe poder manejar la corriente de falla para un sistema de protección confiable.
- El cortocircuito indica los efectos de las corrientes de falla en varios componentes del sistema. Los componentes del sistema son cables, líneas, electroductos, transformadores y reactores durante el tiempo de falla. La corriente de cortocircuito causa un estrés térmico y mecánico severo en los componentes del sistema. Por lo tanto, debemos comparar la tensión con las capacidades de resistencia del primer ciclo del equipo del sistema.
- Evaluación del efecto que los diferentes tipos de cortocircuitos pueden tener en el perfil general de tensión del sistema. Estos estudios identificarán áreas en el sistema en las que las fallas pueden generar un voltaje inaceptablemente generalizado. Por lo tanto, es posible instalar el sistema Var reactivo para mejorar la tensión del sistema.
- El estudio de cortocircuito es una buena herramienta para la conceptualización, el diseño y el refinamiento del diseño del sistema. También ayuda a diseñar una puesta a tierra neutra y una puesta a tierra de la subestación.
Anatomía de una corriente de cortocircuito
Un sistema de energía defectuoso se puede representar o simplificar en un circuito equivalente con una fuente de voltaje ideal, resistencia e inductancia conectadas en serie. La siguiente figura simula una condición de cortocircuito:
Por la ley de voltaje de Kirchoff,
Dónde,
Resolviendo para la corriente instantánea i
Dónde,
En las expresiones anteriores, la corriente de cortocircuito instantánea él), tiene dos componentes, el componente de CC transitorio y el componente de CA de estado estable. El componente de CA de estado estable permanece simétrico, pero el componente de CC transitorio decae exponencialmente en función de la relación X/R debido a que la corriente de falla se vuelve asimétrica. Es importante tener en cuenta que cada vez que ocurre una falla, la magnitud de los componentes de CC y CA depende del ángulo de fase de la fuente de voltaje.
Por ejemplo, si consideramos un circuito puramente inductivo, la siguiente figura (a) muestra una forma de onda de cortocircuito con un ángulo de fase de la fuente de tensión igual a 0o en el momento de la falla, mientras que la figura (b) muestra una corriente de cortocircuito con una fuente de tensión ángulo de fase igual a 90o en el momento de la falta. Uno puede notar que la asimetría máxima ocurre cuando el ángulo de fase de la fuente de voltaje es 0o en el momento de la falla, lo cual es cierto para cualquier sistema X/R. Para un circuito puramente resistivo, el componente de CC transitorio se fuerza a cero.
Lea a continuación:
Error 403 The request cannot be completed because you have exceeded your quota. : quotaExceeded